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液体检测仪发展前景
 检测仪 2018-07-27 16:12:11

  在新兴市场,如中国、印度等东南亚国家和第三方检验机构发展,已呈现快速增长趋势,预计未来几年将保持5%-7%的年均增速,2020年全球检测市场规模有望超过1800亿欧元。那么液体检测仪发展前景会是怎么样的呢?

  通过对液体检测仪发展前景的详细分析得知液体活检(Liquid Biopsy)于2015 年被《MIT Technology Review》评为年度十大科技突破之一。液体活检广义上指对以血液为主的非固态生物组织进行取样和分析,是一种新兴的疾病诊断和监测工具,可应用于癌症、心脏病、产前诊断、器官移植等系列疾病。据Piper Jaffray预测,2026 年广义液体活检全球市场总容量约326 亿美元,包括癌症领域286 亿美元、无创产前诊断(NIPT)20 亿美元、器官移植20 亿美元。

  发展前景预测

  通常来说,DNA 存在于各种细胞的细胞核中。细胞凋亡是人体的正常生理过程,平均每天会有5000 万到7000 万个细胞凋亡。当细胞凋亡后,原细胞核中的DNA 会裂解成片段(长度为150-180bp)并以游离的形式存在于人体的血液和尿液中,称之为游离DNA(cell free DNA,cfDNA)。因此来自于肿瘤细胞的游离DNA 称之为循环肿瘤DNA(ctDNA)。根据肿瘤患者的临床分期不同,ctDNA 占cfDNA 总量的0.16%-43%不等,1ml 血液中约含有0.08-38ng ctDNA。ctDNA 的半衰期非常短,一般不超过1.5 小时。ctDNA 检测在肿瘤的早期诊断和复发监控领域有重要应用。

  1、ctDNA 可在基因组水平分析肿瘤细胞,相关检测和解读是基因测序产业链下游的巨大应用,其发展速度受制于基因测序技术和遗传信息解读水平。ctDNA 中含有肿瘤基因组的部分变异特征,如突变、插入、删除、拷贝数量异常等。自1977 年Leon 课题组发现癌症患者的血浆游离DNA 水平要显著高于健康人群,经历近40 年的发展,人们对ctDNA 的认识逐步加深。特别是自2006 年起,高通量测序技术的发展极大丰富地补充了肿瘤基因组学的知识储备。加之日益成熟的ctDNA 捕获技术,使得人们对肿瘤细胞遗传信息的解读更加得心应手。

  ctDNA 的检测方法主要有两种:第一种是以聚合酶链式反应(PCR)为核心技术的检测方法,如数字PCR(dPCR)、ARMS、BEAMing 等,大致原理为针对肿瘤基因突变位点设计引物,该引物不能与正常基因互补配对,从而在PCR 过程中无法扩增正常基因;第二种是以高通量测序为核心技术的检测方法,对获取的血液样本进行高通量全基因组测序,从而获取血液中全部游离DNA 的序列信息。然而,现有的ctDNA 检测方法均严重依赖肿瘤基因组学知识,以PCR 为核心技术的检测方法需大量的肿瘤基因突变信息用于设计癌症基因特异性引物,以高通量测序为核心技术的检测方法则需要充足的肿瘤基因组学知识储备对测序得到的信息进行解读。

  2、循环肿瘤细胞(CTC)是由自发或诊疗操作,来自于实体瘤原发灶或转移灶的肿瘤细胞,获得脱离基底膜的能力并进入血液循环的肿瘤细胞。根据其细胞类型的不同,可将CTC 分为上皮细胞表型、间质细胞表型和上皮间质细胞混合表型。CTC 的半衰期不超过2.4 个小时,仅有少数具有高活性的CTC 能存活下来,并有机会在患者其他组织器官中形成转移灶。血液中的CTC 含量稀少,1ml 血液中含有数十亿个细胞,其中仅包含1 个CTC。

  CTC 是活体肿瘤细胞,可通过计数实现早期筛查和复发监控,亦可通过分离培养和全基因组测序实现指导治疗方案和治疗监测。可在基因组、转录组、蛋白组和代谢组水平分析CTC特性,在癌症的诊断和治疗领域拥有最广阔的发展潜力。在癌症的早期诊断和复发监控中,只需对受试者定期采血,通过计数血液中CTC 的含量即可判断患病情况。而在确诊后,通过对CTC 的分离培养,采用全基因组测序、免疫组化试验等方法分析肿瘤细胞的生理特性,以此为依据“量体裁药”,制定个性化的治疗方案。并且在化疗后期肿瘤出现耐药特性后,可以通过分析CTC 的变异特征修正药物配比。

  据BCC Research 统计和预测,2012 年和2013 年,CTC 全球市场份额分别为28 亿美元和37 亿美元,同时将在5 年内保持18.9%的复合增长率。预计2018 年循环肿瘤细胞的全球市场份额可达89 亿美元。

  3、现阶段免疫亲和法捕获CTC 主要面临的问题有:(1)仅适用于个别癌种。由于肿瘤的异质性程度高,不同癌种的肿瘤细胞表面抗原差异性大,导致往往只能捕获一种或几种循环肿瘤细胞。例如,格诺生物开发的CytoploRare 系统通过叶酸抗体仅可捕获肺癌肿瘤细胞;(2)灵敏度和捕获效率低。CTC 通常会发生上皮间质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT),使得CTC 失去上皮细胞特性,甚至表现出一定干细胞特征,几乎无法通过免疫亲和法标记、捕获、检测;(3)活体捕获技术有待提高。抗体与肿瘤细胞表面靶标抗原特异性结合后,导致肿瘤细胞失活、或被标记的CTC 无法分离提取,从而阻碍后续诸如全基因组测序、药物敏感性检测、蛋白表达、免疫组化实验等分析,从而使得CTC 的有效利用率大打折扣;(4)治疗监测和复发监控难度大。抗体药物治疗后,肿瘤细胞会发生不同的变异。由于人的个体差异性大,对于同一癌症分型的患者,即使使用相同的药物治疗,CTC 的表面抗原特性也不尽相同,更不用说不同癌种和不同药物治疗后的CTC 变化情况了。基于免疫亲和法的活体CTC 检测技术是未来CTC 的主流技术。随着分子生物学和基因组学技术的发展,通过深入了解肿瘤细胞表面抗原,基于免疫亲和原理的CTC 捕获技术将具备捕获不同体积的、全癌种的、活体的肿瘤细胞的潜力,可提供在蛋白组和代谢组水平深入认知患者肿瘤细胞的机会,对于肿瘤的个体化用药指导和治疗监测具有重要推动作用。

  4、血液中外泌体含量高,稳定强、可长期存储。大多数细胞在正常和病理状态下均可分泌外泌体,肿瘤细胞外泌体即肿瘤细胞脱落的囊泡,携带肿瘤细胞的DNA、RNA 和蛋白质等信息,在细胞间物质和信息转导中具有重要作用。外泌体可介导肿瘤细胞增生、免疫耐受和化学抵抗,促进肿瘤血管形成,且其miRNA 有望成为肿瘤诊断的新型标志物。与ctDNA 和CTC 相比,外泌体具有易于富集、稳定性高且不易降解的特性。据悉在冷库中储存30 年的血液也可用于分离检测外泌体,因此可用外泌体建立肿瘤细胞进化发展史“活日记”,记录患者肿瘤组织在治疗过程中产生的一系列遗传信息和蛋白表达的变化情况,便于病情和治疗追踪,可用于癌症的诊断和复发监控。

  目前,全球开展外泌体研究的公司较少,目前基于外泌体的液体活检技术几乎全部在研发之中。全球首个外泌体液体活检产品ExoDx Lung(ALK)由ExosomeDiagnostics 公司推出,用于检测非小细胞型肺癌患者的EML4-ALK 突变。目前ExosomeDiagnostics 已获得8000 万美元融资用于开发外泌体类液体活检产品。同时,Codiak BioSciences 的科研成果转化速度亦是惊人,2015 年6 月该公司创始人Raghu Kalluri 在《自然》杂志发表论文,发现胰腺癌细胞外泌体中含有的Glypican-1 蛋白可作为一种非入侵诊断和筛查早期胰腺癌的标准。同年11 月,Codiak 公司宣布成立并获得8000 万美元启动资金,用于将科研成果转化。随后Codiak 又获得共计6100 万美元的B 轮融资,用于产品市场推广。

  通过对液体检测仪发展前景的详细分析得知2016 年全球外泌体市场规模可达1610 万美元,预计2020 年达到1.12 亿美元,未来5 年复合增长率47.3%。外泌体的临床应用主要集中在癌症诊断领域, 2016年该领域全球市场份额为1000 万美元,预计2021 年可达到1 亿美元,预计未来5 年复合增长率为58.5%。基于外泌体的癌症治疗市场在未来5 年也将保持14.9%的复合增长率,预计2021年全球市场份额可达1000 万美元。以上便是笔者对液体检测仪发展前景的详细分析了。

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